工务段作业位置预警系统

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1.本实用新型涉及工务段作业位置预警系统。


背景技术：

2.工务段是铁路系统的基础单位，主要负责铁路线路和桥隧道设备的修理和维护，实行三级管理制度，设置了铁路车间、重点维修车间、机械修理车间、区段运输车间等专业车间，各车间设置几个工作组，铁路巡查、铁路道口的看守，都属于职务范围；设有电路技术、安全、桥顿技术等几个专业室，设有人事、财务、教育、行政等几个后勤办公室。
3.由于铁路的工作状况较为复杂，在工务段上进行作业时会具有一定的危险，例如，坚固作业、铁轨、钻孔等会产生较大的机械噪音，噪音和工作人员之间的距离很近，报警器不能有效警报，防护信息有时无法有效地向每个作业人员发送，另外，室外防护员无法确认作业者是否受到了防护。信息传递困难影响了现场防护的有效性，对事故分析和责任确定也带来了一定的困难，因此在工务段上设置位置预警系统是十分必要的。
4.而现有的作业位置预警系统主要是通过gps进行辅助定位，定位精度和时间精度不能满足实际应用需求，并且数据传输效率和工作效率低下，整体结构复杂，不方便进行应用和普及。


技术实现要素：

5.本实用新型实施例提供了工务段作业位置预警系统，结构设计合理，基于uwb无线载波通信技术和单片机控制器的集成控制作用，配合多类型的电气元件，采用设置基站和标签的检测形式能够实现作业现场的远程监控定位和实时预警，提升定位精度和时间精度，简化整体结构和操作步骤，从而提高了数据传输效率和工作效率，方便进行推广普及，能够适用于复杂的应用环境，满足实际需求，解决了现有技术中存在的问题。
6.本实用新型为解决上述技术问题所采用的技术方案是：
7.工务段作业位置预警系统，包括控制器，在控制器上电气连接有红外测距组件、语音报警组件、通讯组件和基站分布组件；所述红外测距组件用于检测火车行驶的距离参数，所述红外测距组件包括红外收发器和距离传感器；所述语音报警组件用于在有火车经过或作业人员超出定位范围时发出语音报警信息，所述语音报警组件包括语音播放器；所述通讯组件用于在控制器和上位机之间建立无线通讯实现对作业现场的远程监控，所述通讯组件包括无线收发器；所述基站分布组件用于划定定位范围，所述基站分布组件包括呈直角三角形分布的第一基站、第二基站和第三基站，以形成定位范围，所述第一基站和第二基站设置在铁路导轨的一侧，所述第三基站设置在铁路导轨的另一侧，在定位范围内设有标签，所述标签用于显示作业人员的位置。
8.所述控制器的型号为stm32f103c8t6，在控制器上设有48个引脚，在控制器的一号引脚上连接有锂电池，所述控制器通过十五号引脚与语音播放器相连，所述控制器通过二十号引脚和二十一号引脚与无线收发器相连，所述控制器通过三十三号引脚与红外收发器
相连，所述控制器通过三十八号引脚与第三基站相连，所述控制器通过三十九号引脚与第二基站相连，所述控制器通过四十号引脚与第一基站相连。
9.所述语音播放器的型号为wt588d，在语音播放器上设有20个引脚，所述语音播放器七号引脚与控制器的十五号引脚相连，在语音播放器的十一号引脚上连接有led灯，所述语音播放器的十六号引脚上连接有扬声器，在扬声器上并联有第二电容和第五电阻。
10.所述无线收发器的型号为esp8266，在无线收发器上设有8个引脚，所述无线收发器的四号引脚与控制器的二十号引脚相连，所述无线收发器的八号引脚与控制器的二十一号引脚相连。
11.所述红外收发器的型号为hc-sr505，在红外收发器上设有8个引脚，所述红外收发器的二号引脚与控制器的三十三号引脚相连，所述红外收发器的五号引脚与距离传感器相连。
12.本实用新型采用上述结构，通过红外测距组件检测火车行驶的距离参数，当火车即将闯入该定位范围，发出语音警报提示；通过语音报警组件在有火车经过或作业人员超出定位范围时发出语音报警信息；通过通讯组件在控制器和上位机之间建立无线通讯实现对作业现场的远程监控；通过基站分布组件划定定位范围配合标签来显示作业人员的具体位置，具有精准高效、操作简便的优点。
附图说明：
13.图1为本实用新型的结构示意图。
14.图2为本实用新型的基站分布组件的结构示意图。
15.图3为本实用新型的控制器的电气原理图。
16.图4为本实用新型的语音播放器的电气原理图。
17.图5为本实用新型的无线收发器的电气原理图。
18.图6为本实用新型的红外收发器的电气原理图。
具体实施方式：
19.为能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，并结合其附图，对本实用新型进行详细阐述。
20.如图1-6中所示，工务段作业位置预警系统，包括控制器，在控制器上电气连接有红外测距组件、语音报警组件、通讯组件和基站分布组件；所述红外测距组件用于检测火车行驶的距离参数，所述红外测距组件包括红外收发器和距离传感器；所述语音报警组件用于在有火车经过或作业人员超出定位范围时发出语音报警信息，所述语音报警组件包括语音播放器；所述通讯组件用于在控制器和上位机之间建立无线通讯实现对作业现场的远程监控，所述通讯组件包括无线收发器；所述基站分布组件用于划定定位范围，所述基站分布组件包括呈直角三角形分布的第一基站、第二基站和第三基站，以形成定位范围，所述第一基站和第二基站设置在铁路导轨的一侧，所述第三基站设置在铁路导轨的另一侧，在定位范围内设有标签，所述标签用于显示作业人员的位置。
21.所述控制器的型号为stm32f103c8t6，在控制器上设有48个引脚，在控制器的一号引脚上连接有锂电池，所述控制器通过十五号引脚与语音播放器相连，所述控制器通过二
十号引脚和二十一号引脚与无线收发器相连，所述控制器通过三十三号引脚与红外收发器相连，所述控制器通过三十八号引脚与第三基站相连，所述控制器通过三十九号引脚与第二基站相连，所述控制器通过四十号引脚与第一基站相连。
22.所述语音播放器的型号为wt588d，在语音播放器上设有20个引脚，所述语音播放器七号引脚与控制器的十五号引脚相连，在语音播放器的十一号引脚上连接有led灯，所述语音播放器的十六号引脚上连接有扬声器，在扬声器上并联有第二电容和第五电阻。
23.所述无线收发器的型号为esp8266，在无线收发器上设有8个引脚，所述无线收发器的四号引脚与控制器的二十号引脚相连，所述无线收发器的八号引脚与控制器的二十一号引脚相连。
24.所述红外收发器的型号为hc-sr505，在红外收发器上设有8个引脚，所述红外收发器的二号引脚与控制器的三十三号引脚相连，所述红外收发器的五号引脚与距离传感器相连。
25.本实用新型实施例中的工务段作业位置预警系统的工作原理为：基于uwb无线载波通信技术和单片机控制器的集成控制作用，配合多类型的电气元件，采用设置基站和标签的检测形式能够实现作业现场的远程监控定位和实时预警，提升定位精度和时间精度，简化整体结构和操作步骤，从而提高了数据传输效率和工作效率，方便进行推广普及，能够适用于复杂的应用环境，满足实际需求。
26.在整体方案中，主要包括控制器，在控制器上电气连接有红外测距组件、语音报警组件、通讯组件和基站分布组件；所述红外测距组件用于检测火车行驶的距离参数，所述红外测距组件包括红外收发器和距离传感器；所述语音报警组件用于在有火车经过或作业人员超出定位范围时发出语音报警信息，所述语音报警组件包括语音播放器；所述通讯组件用于在控制器和上位机之间建立无线通讯实现对作业现场的远程监控，所述通讯组件包括无线收发器；所述基站分布组件用于划定定位范围，所述基站分布组件包括呈直角三角形分布的第一基站、第二基站和第三基站，以形成定位范围，所述第一基站和第二基站设置在铁路导轨的一侧，所述第三基站设置在铁路导轨的另一侧，在定位范围内设有标签，所述标签用于显示作业人员的位置。
27.核心组件为控制器，控制器的型号为stm32f103c8t6，在控制器上设有48个引脚，在控制器的一号引脚上连接有锂电池，所述控制器通过十五号引脚与语音播放器相连，所述控制器通过二十号引脚和二十一号引脚与无线收发器相连，所述控制器通过三十三号引脚与红外收发器相连，所述控制器通过三十八号引脚与第三基站相连，所述控制器通过三十九号引脚与第二基站相连，所述控制器通过四十号引脚与第一基站相连，从而构成了整体硬件电路，并依靠上述整体硬件电路来实现作业现场的远程监控定位和实时预警，兼顾精度和工作效率。
28.uwb的距离分析能力比其他系统高，在复杂的环境中可以获得wi-fi、蓝牙等系统以上的精度；时间精确度高：超宽带脉冲信号的带宽为纳秒，在定时计算位置时，所引入的误差通常在几厘米以下；uwb的发送功率低，可以很好地隐藏在其他类型的信号或环境噪声中，在不干扰其他通信业务的同时，也可以避免其他通信装置的干扰。
29.进一步的，uwb具有500mhz以上的无线频带，并且可以提供大的扩展增益，使得uwb通信系统的效率更高。这意味着对于电池供电装置要求高，系统的工作时间大幅延长，覆盖
范围一般比现有技术大。
30.第一基站、第二基站和第三基站将获得的标签的位置信息第一时间传递到上位机，进而做到对作业人员的实时定位，红外测距组件位于三基站范围10公里外的副线上，当副线火车闯入时，红外测距组件将信息迅速传给控制器，控制器进行数据分析后，发出预警信息。
31.三基站摆放位置，一定要将整个作业范围涵盖起来，将危险的区域剔除出去；三基站摆放范围也要严格符合工务段上线作业要求，不能违反上线作业原则，同时三基站的摆放位置也要符合基本的安全作业意识，满足安全作业需要。
32.将第一基站，第二基站摆放在铁路轨道同一侧，测量出第一基站和第二基站之间的距离，记为x；将第三基站摆放在铁路轨道的另一侧，是三个基站构成直角三角形方便算法计算，同时测量出第一基站到第三基站以及第二基站到第三基站的距离，分别记为y和z，将标签摆放在基站围成的直角三角形内。
33.三个基站划定作业范围，使作业范围在定位的范围之内，当作业工人在定位范围移动时，通过标签与三个基站之间进行位置信息交换，同时利用逻辑算法进行计算，测出标签与三个基站之间的距离，从而得出标签所处的位置。再通过无线收发器，传输到上位机，此时上位机连接串口，读取数据后载入配置，就能在计算机中记录出目标的运动轨迹和位置，并在二维坐标图中显示出来，进而实现通过上位机实现远程监控远程作业现场。
34.优选的，语音播放器的型号为wt588d，在语音播放器上设有20个引脚，所述语音播放器七号引脚与控制器的十五号引脚相连，在语音播放器的十一号引脚上连接有led灯，所述语音播放器的十六号引脚上连接有扬声器，在扬声器上并联有第二电容和第五电阻，可以精准快速触发发出语音报警信息。
35.优选的，红外收发器的型号为hc-sr505，在红外收发器上设有8个引脚，所述红外收发器的二号引脚与控制器的三十三号引脚相连，所述红外收发器的五号引脚与距离传感器相连，保证数据检测可靠。
36.综上所述，本实用新型实施例中的工务段作业位置预警系统基于uwb无线载波通信技术和单片机控制器的集成控制作用，配合多类型的电气元件，采用设置基站和标签的检测形式能够实现作业现场的远程监控定位和实时预警，提升定位精度和时间精度，简化整体结构和操作步骤，从而提高了数据传输效率和工作效率，方便进行推广普及，能够适用于复杂的应用环境，满足作业人员的实际需求。
37.上述具体实施方式不能作为对本实用新型保护范围的限制，对于本技术领域的技术人员来说，对本实用新型实施方式所做出的任何替代改进或变换均落在本实用新型的保护范围内。
38.本实用新型未详述之处，均为本技术领域技术人员的公知技术。